Diabetes, envejecimiento y mitocondrias. Aplicación de las omicas al diagnóstico y caracterización molecular de la diabetes.

Transcripción

1 Diabetes, envejecimiento y mitocondrias. Aplicación de las omicas al diagnóstico y caracterización molecular de la diabetes. En la sesión Envejecimiento y resistencia a la insulina, se ha descrito que el envejecimiento conlleva una pérdida de la masa muscular (sarcopenia) y fuerza muscular, una disfunción mitocondrial y pérdida de sensibilidad a la insulina. Los ponentes han expuesto diversos factores que pueden contribuir a este deterioro, como la inflamación o el estrés oxidativo, y trabajos sobre genes que regulan la masa muscular y la función mitocondrial. Nikolas Musi, del University of Texas Health Science Center, ha presentado sus resultados sobre Sarcopenia del envejecimiento y resistencia a la insulina. Mediante el análisis de biopsias musculares de individuos jóvenes (18 a 30 años) o de más de 65 años, todos ellos con tolerancia normal a la glucosa, han demostrado que el envejecimiento comporta la activación de proteínas de señalización relacionadas con la inflamación como NFKβ y JNK. Por el contrario, la señal de AMPK y la fosforilación de acetil-coacarboxilasa están disminuidas. No se observan cambios en ERK o p38. En mitocondrias aisladas detectan una menor síntesis de ATP, pero una relación especies reactivas de oxígeno (ROS)/ producción de ATP igual a la de mitocondrias procedentes de jóvenes, en asociación con una producción inferior de H 2 O 2 en el tejido de edad avanzada. Actualmente, están analizando la masa muscular mediante imagen por resonancia magnética. Jorge Ruas, del Karolinska Institutet, ha presentado su trabajo sobre el Papel de PGC1-α en la masa y función muscular. PGC1-α es un reconocido activador de la biogénesis mitocondrial. Este grupo ha estudiado la secuencia del gen de PGC1-α de distintas especies e identificado una región altamente conservada a 13 Kb en dirección 5 del promotor proximal, que actúa como un promotor alternativo y genera diversas isoformas que han denominado α1, α2, α3 y α4 y cuyo perfil de expresión en distintos tejidos, respecto a la forma tradicional, se muestra en la Diapositiva 1. Estas isoformas no están presentes en tejidos como el riñón o hígado pero sí en músculo, tejido adiposo o cerebro. Han sobrexpresado mediante adenovirus cada una de las isoformas en cultivos primarios de miotubos y analizado el transcriptoma global resultante. Las isoformas α1 y α4 son las más activas en la regulación de genes, por lo cual han descartado continuar el estudio de las formas α2 y α3. Los genes regulados por α4 están relacionados con hipertrofia de la célula muscular y α4 tiene este efecto cuando se sobrexpresa en miotubos cultivados o en el músculo esquelético de roedores jóvenes mediante adenovirus.

2 Además, ratones transgénicos que sobrexpresan α4, específicamente en músculo, tienen una mayor masa muscular de intenso color rojo. Por otra parte, han analizado la regulación del mrna de α4 en respuesta a la inmovilidad y recuperación del músculo, demostrando que la expresión de α4 disminuye o aumenta, respectivamente, en estas condiciones. Por el contrario, α1 no está regulado. También en humanos los niveles de α4 mrna aumentan con el ejercicio. En suma, concluye que α4 se induciría por el ejercicio de fuerza, regula la expresión génica, reprimiendo la expresión de genes como la miostatina e incrementando la de IGF-1, y conduce a la hipertrofia y mayor fuerza del músculo esquelético. A lo largo del Simposio sobre Función mitocondrial y sensibilidad a la insulina, se han descrito diversos factores que promueven la disminución en la sensibilidad a la insulina y la capacidad oxidativa de las mitocondrias, como son la elevada ingesta de calorías, defectos del receptor de la insulina o lipodistrofias.

3 Darrel Neufer, de la East Carolina University, sobre la base de numerosos trabajos experimentales, propone que la sobrealimentación, y más en concreto el exceso de grasas respecto a carbohidratos, genera un aumento en la emisión mitocondrial de H 2 O 2 que incrementa el estado de oxidación celular y promueve la resistencia a insulina. El mecanismo implica la inactivación por el estado de oxidación de fosfatasas y en consecuencia el aumento de señalización de quinasas de respuesta a estrés y fosforilación de proteínas de señalización de la insulina El ambiente oxidativo también compromete la capacidad de reducción de H 2 O 2 producido en la membrana celular en respuesta a insulina y captado por aquaporina 3, lo cual se suma al estado de oxidación celular e inactivación de fosfatasas de señalización.

4 David Savage, de la University of Cambridge, explica que pacientes con extrema resistencia a la insulina, incluyendo los que presentan defectos en el receptor de la insulina o lipodistrofias congénitas, tienen una disminuida capacidad de fosforilación oxidativa mitocondrial. En suma, que la señalización defectiva de la insulina puede causar disfunción mitocondrial. Kurt Hojland, de la Odense University Hospital, ha expuesto la asociación de la diabetes tipo 2 con la disfunción mitocondrial y algunas estrategias para revertir esta situación. Cabe destacar su estudio sobre el proteoma de músculo esquelético de pacientes obesos con diabetes tipo 2 respecto a controles, mediante electroforesis 2D. De las proteínas identificadas como alteradas, están aumentadas diversas proteínas relacionadas con la glucólisis, glucogenólisis y proteínas de contracción rápida, mientras que están disminuidas proteínas mitocondriales y de contracción lenta. Respecto a los tratamientos ensayados, el ejercicio aeróbico ha demostrado ser efectivo en mejorar la sensibilidad a la insulina en pacientes de diabetes tipo 2, la pioglitazona en aumentar la biogénesis

5 mitocondrial en el músculo esquelético de pacientes con síndrome del ovario policístico, mientras que la testosterona no ha mejorado la sensibilidad a la insulina, ni la expresión de genes de fosforilación oxidativa en el músculo esquelético, en hombres de edad avanzada con bajos niveles de testosterona. En la sesión Las fronteras de las ómicas: aplicaciones de nuevas tecnologías se han expuesto diversas comunicaciones sobre la aplicación de estas técnicas de exploración global a tránscritos de mrna, micrornas (mirnas) y metilación del DNA celulares y metabolitos circulantes en sangre. Estos trabajos tienen como objetivo común desvelar mecanismos patofisiológicos e identificar marcadores de la enfermedad. Estos marcadores harían posible un diagnóstico precoz o la predicción de riesgo. Maren Carstensen, del German Diabetes Center, ha realizado un análisis del enriquecimiento de mrnas en relación al riesgo de diabetes tipo 2. Se ha estudiado el transcriptoma global de células de sangre, mediante la plataforma Illumina, en la cohorte KORA S4/F4 inicialmente no diabética. La mayor asociación entre diabetes tipo 2 y expresión génica diferencial se ha hallado para la vía del eukaryotic translation initiation factor 2 (eif2), el cual reprime la síntesis de proteínas en distintos tipos de células después de una sobrecarga metabólica o estrés del retículo endoplasmático. En las conclusiones, resalta que esta alteración precede en años la aparición de diabetes y que los cambios observados en células de la sangre son similares a los que ocurren en tejidos como el adiposo, hígado o músculo esquelético.

6 Guido Sebastiani, de la University of Siena and Umberto di Mario Foundation, ha expuesto resultados sobre la presencia de micrornas en suero como huella dactilar de pacientes de diabetes tipo 1. Los mirnas pueden ser secretados de la célula en vesículas de secreción, incluidos en cuerpos apoptóticos o asociados a HDL, y pueden detectarse en suero o plasma. Han utilizado muestras de suero combinadas de 20 controles o 20 pacientes diagnosticados de diabetes y han aplicado Taqman micrornacards. Han detectado 206 mirnas en suero, 64 de ellos diferencialmente expresados en diabetes. Entre los RNAs regulados ha destacado la disminución de mi-r 375, el cual está presente de manera abundante y específica en la célula beta pancreática, y contribuye al mantenimiento de la masa normal de células beta. Tina Rönn, de Clinical Sciences, Malmö, Epigenetics & Diabetes, ha mostrado resultados sobre las alteraciones en la metilación del genoma humano en tejido adiposo inducidas por ejercicio. El grupo de estudio está formado por 23 hombres sedentarios, los cuales han realizado un programa de ejercicio durante 6 meses que ha mejoró su capacidad física sin modificar el peso. Se han analizado muestras del tejido adiposo subcutáneo, obtenidas antes y después del ejercicio, y se ha aplicado la plataforma Infinium HumanMethylation 450K. Se observa un aumento en la metilación general del genoma con el ejercicio en regiones cercanas al inicio de la transcripción, región 5 -UTR y primer exon. Se identifican 723 lugares de metilación diferencial que corresponden a 641 genes distintos y subraya el aumento de la metilación en dos sitios del gen inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 2 (ITPR2), el cual está asociado con el índice cintura-cadera. Se correlacionan cambios en la metilación de algunos genes con cambios en sus niveles de mrnas, la amplia mayoría con menores niveles de mrna. Por último, Ele Ferrannini, de la University of Pisa, ha comunicado la identificación de marcadores tempranos metabólicos de la desregulación de la glucemia y diabetes tipo 2. En este trabajo se utilizaron una amplia cohorte de pacientes con antecedentes familiares de diabetes tipo 2 en comparación con controles. Se analizaron 485 metabolitos mediante UHPLC, cromatografía de gases y espectrometría de masas en plasma en ayunas. De entre los metabolitos con niveles diferenciales, se han seleccionado dos para estudiar su relación con la sensibilidad a la insulina, alfa-hidroxibutirato (α-hb), un metabolito derivado de substratos del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, y linoleil-glicerofosfocolina (L-GPC), un componente de la membrana celular. Sus datos muestran que α-hb correlaciona con resistencia a la insulina y L-GPC con sensibilidad a la insulina.